激光釬焊機器人送絲系統優化和故障分析

毛中正，李冠群，張妍，武揚，張澤志

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

激光被譽為是21 世紀的新能源，在汽車制造領域，激光加工技術得到了廣泛的應用和發展。激光焊以其優異的加工性能和高柔性、高效率等優點，在汽車白車身制作中得到越來越廣泛的應用。其中激光熔焊、激光釬焊作為新開發出來的連接技術得到了汽車生產廠商的重視。采用機器人激光焊接技術取代傳統的焊接工藝，比如電阻焊等，可以提高焊接效率、焊接質量，節省材料，大大降低車身的制造成本。但是機器人激光焊接同樣有其弊端。存在設備維護技術要求高、一次性投入大、耗材及配件價格昂貴、對焊接空間以及精度要求高等缺點。激光釬焊技術是一種帶有送絲系統的激光焊接方式，激光光斑直接照射到焊絲上，使其融化填充到車身板材縫隙中。激光釬焊的故障主要表現形式有，送絲系統故障、水循環故障、氣路故障、激光源故障等，其中送絲系統直接制約著焊接的質量和穩定性。

1 激光釬焊技術

激光釬焊是以激光為熱源加熱釬料融化的釬焊技術。在機器人激光釬焊系統中，焊絲通過送絲系統送達激光焦點處。聚焦后的光束照射在填充的焊絲表面，焊絲在光束能量持續加熱下熔化形成高溫液態金屬，填充在板材縫隙之間，使工件間形成良好的冶金結合。在機器人不斷移動焊接過程中，激光始終聚焦在焊絲末端。送絲系統保障焊絲的填充與機器人的速度相互匹配。

2 送絲系統簡介

激光焊送絲系統對激光焊穩定性起著至關重要的作用，如圖1 所示，激光焊送絲系統主要有以下部件：主控制單元——E-BOX；驅動部分——主送絲機(Master feeder)；執行部分——激光頭；輸送部分——主控滑輪送絲管；存儲部分——絲桶。

以上任何一個部件的失效都將導致送絲故障，從而引起焊接質量問題。由于激光焊必須要有激光房的保護，其送絲輸送距離較長，而且在焊接過程中隨機器人運動而不斷擺動。因此，主送絲管的布局對送絲的穩定性顯得尤為重要。實際生產過程中，我們也發現最容易出問題的是輸送部分。

圖1 激光釬焊送絲系統布局圖

3 送絲系統故障分析

3.1 主送絲管布局

圖2 為原有送絲系統布局，從圖中可以看出主送絲管在布局上存在很多不合理的地方。比如機器人三軸和四軸上有固定卡扣將送絲管卡死，機器人六軸上沒有合理的支撐結構，主送絲管在絲桶與激光頭之間彎曲角度多等等。圖3 顯示為主送絲管即主控滑輪送絲管實物圖。主控滑輪送絲管直徑為27 毫米，外敷帶芳輪保護套，最大長度30 米，抗張強度1500N。

圖2 送絲系統原有布局

圖3 主控滑輪送絲管

3.2 現場實際故障

圖4 為實際生產過程中由于送絲不暢導致的零件報廢，從圖4(a)中可以看出焊絲在開始焊接之前就已經多送出來一節絲，205 項目中由于此種問題導致的報廢件時有發生。從圖4(b)中我們可以看出，在出問題的焊縫，絲速出現不穩定。因此，我們分析，可能是由于送絲的阻力太大導致驅動機構無法按照設定的值送絲，即使當驅動機構使用最大驅動力仍然無法補償絲速。如果送絲長期存在問題，主送絲機會由于一直處在最大輸出功率狀態而提前報廢。這樣不但會造成大的停機，同時對備件的損耗也大大增加。

4 送絲系統優化

圖4

圖5 送絲系統優化

針對實際中發生的問題，詳細研究了送絲系統的每個部分，提出了以下解決方案，如圖5 所示在機器人六軸上增加1 個支架，同時在支架上安裝1 個旋轉機構。將主送絲管放置在旋轉機構中，這樣保證了主送絲管的自由度，同時避免送絲管與機器人剮蹭導致送絲管損壞。具體安裝形式如圖5，同時下一步工作中還會將此直角形支架改造成圓角形支架，此項改造能必須機器人在減絲過程中對主送絲管造成的拉拽和磨損。

5 結語

送絲系統是焊接機器人的動脈，其穩定性直接影響產品的焊接質量和效率。在設計焊接機器人之初就應該充分考慮送絲系統的復雜性，將焊接周邊環境，機器人線纜布局，送絲線纜吊點等考慮進去。在投入運行后，應該根據實際焊接狀態逐步優化機器人程序，使焊接軌跡到達最優狀態。于此同時，還應做好設備的維護保養工作，定期清理送絲系統，檢查和更換易損易耗件，使設備始終處于最優工作狀態。只有做到以上幾點，才能保證焊接機器人連續高效運轉。